Kestomagneetti on tuote, joka on valmistettu kovasta magneettisesta materiaalista , jolla on korkea jäännösmagneettinen induktio , joka ylläpitää magnetointitilaa pitkään. Kestomagneetteja valmistetaan eri muodoissa ja niitä käytetään autonomisina (ei energiaa kuluttavina) magneettikentän lähteinä .
Magnetiteista valmistettuja kestomagneetteja on käytetty lääketieteessä muinaisista ajoista lähtien. Egyptin kuningatar Kleopatra käytti magneettista amulettia. Muinaisessa Kiinassa Imperial Book of Internal Medicine käsitteli kysymystä magneettikivien käyttämisestä Qi -energian korjaamiseen kehossa - "elävä voima". Myöhempinä aikoina suuret lääkärit ja filosofit puhuivat magneettien hyödyllisistä vaikutuksista: Aristoteles , Avicenna , Hippokrates . Keskiajalla hovinlääkäri Gilbert , joka julkaisi On the Magnet -julkaisun, hoiti kuningatar Elisabet I :tä niveltulehduksen vuoksi kestomagneetilla. Venäläinen lääkäri Botkin turvautui magnetoterapian menetelmiin .
Ensimmäinen keinotekoinen magneettinen materiaali oli hiiliteräs, joka oli karkaistu martensiittirakenteelle ja sisältää noin 1,2–1,5 % hiiltä. Tällaisen teräksen magneettiset ominaisuudet ovat herkkiä mekaanisille ja lämpövaikutuksille. Siihen perustuvien kestomagneettien toiminnan aikana havaittiin teräksen magneettisten ominaisuuksien "vanhenemisen" ilmiö.
Seostamalla tällaista terästä volframilla ja kromilla enintään 3 % ja myöhemmin koboltilla enintään 6 % ja kromin kanssa enintään 6 %, tohtori Honda Tohokin yliopistosta pystyi luomaan uudentyyppisen teräksen - KS:n - jolla on korkea magnetointi ja merkittävä pakkovoima. Korkeiden magneettisten ominaisuuksien saamiseksi teräs altistettiin tietylle lämpökäsittelylle. KS-teräsmagneettien korkea jäännösinduktio saavutettiin vähentämällä demagnetointikerrointa. Tätä varten magneetit valmistettiin usein pitkänomaisina hevosenkengän muotoisina.
Seosten magneettisia ominaisuuksia koskevat tutkimukset ovat osoittaneet, että ne riippuvat ensisijaisesti materiaalin mikrorakenteesta. Vuonna 1930 saavutettiin laadullinen harppaus kovettuvien metalliseosten uuden mikrorakenteen saamiseksi, ja vuonna 1932 seottamalla KS-terästä nikkelillä , alumiinilla ja kuparilla tohtori T. Miskima sai MK-terästä.
Tämä on merkittävä askel useiden metalliseosten kehityksessä, jotka myöhemmin saivat yleisnimen Alnico (Venäjän standardien UNDK mukaan).
Japanilaiset tutkijat, tohtori Yogoro Kato ja tohtori Takeshi Takei Tokion teknologiainstituutista tekivät tällä alalla merkittävän läpimurron 1930-luvulla . Magnetiitissa olevan rauta(II)oksidin osan korvaaminen kobolttioksidilla ferriitin synteesin aikana keraamitekniikalla johti kiinteän koboltin ja rautaferriittien liuokseen. Tämän tyyppisen ferriitin pakkovoima oli 48–72 kA/m (600–900 Oe). Japanissa kaupalliset ferriittimagneetit ilmestyivät noin 1955, Venäjällä 1960-luvun puolivälissä. Bariumferriitit muunnettiin vähitellen strontiumferriitteiksi, koska jälkimmäiset osoittautuivat teknisesti edistyneemmiksi (ne eivät vaatineet kovin tarkkaa sintrauslämpötilan säätöä ja olivat ympäristöystävällisempiä). Ferriittimagneettien koostumus sisältää 85-90 % rautaoksidia, joka on metallurgisen teollisuuden jätettä (Rutnerin peittauskloridiliuoksen regenerointilaitoksesta), mikä alensi merkittävästi tuotantokustannuksia.
Seuraava merkittävä teknologinen läpimurto tapahtui Yhdysvaltain ilmavoimien materiaalitutkimuslaboratoriossa, jossa löydettiin metallien välinen samarium-yhdiste koboltin kanssa ( SmCo 5 ), jolla on suuri magnetokiteinen anisotropiavakio. Tällaisesta materiaalista valmistettu kestomagneetti mahdollisti ominaisuuksien (HN) max = 16–24 mega Gauss - Oerstedach ( MGSE ) saavuttamisen, ja Sm 2 Co 17 - 32 MGSE -seoksessa pakkovoima nostettiin arvoon 560– 1000 kA/m. SmCo-magneetteja on valmistettu kaupallisesti 1970-luvulta lähtien. Samalla löydettiin yhdiste Nd 2 Fe 14 B. Tästä materiaalista valmistettuja magneetteja ilmestyi sekä Japanissa että USA:ssa samanaikaisesti 1980-luvun puolivälissä, mutta niiden valmistustekniikka erosi. Japanissa tuotanto organisoitiin SmCo-magneettien mukaisesti: valettu metalliseosjauheen valmistus, sitten puristus magneettikentässä ja sintraus. Yhdysvalloissa sulakehräysprosessi on otettu käyttöön : ensin valmistetaan amorfinen metalliseos, sitten se murskataan ja valmistetaan komposiittimateriaali. Magneettinen jauhe sidotaan kumilla, vinyylillä, nailonilla tai muilla muoveilla komposiittimassaksi, joka puristetaan (ruiskutetaan) tai kalanteroidaan tuotteisiin. Sintrattuihin magneetteihin verrattuna komposiittimagneeteilla on hieman heikommat ominaisuudet, mutta ne eivät vaadi galvaanisia pinnoitteita, ovat helposti mekaanisesti prosessoitavia ja ovat usein kauniita eri väreillä maalattuina. Nd 2 Fe 14 B -magneetit ilmestyivät kestomagneettimarkkinoille 1990-luvulla ja saavuttivat hyvin nopeasti 50 Mgse:n (400 kJ/m 3 ) energian sintratuilla näytteillä. Tämä materiaali syrjäytti nopeasti muut, pääasiassa pienoiselektroniikassa.
Magneetin ominaisuudet määräytyvät magneettimateriaalin magneettisen hystereesisilmukan demagnetisoivan osan ominaisuuksilla : mitä suurempi jäännösinduktio Br ja koersitiivivoima Hc , sitä suurempi on magneetin magnetointi ja stabiilisuus .
Kestomagneetin B d induktio ei saa ylittää arvoa B r : yhtäläisyys B d \ u003d B r on mahdollista vain, jos magneetti on suljettu magneettipiiri, eli siinä ei ole ilmarakoa, mutta kestomagneetit ovat yleensä käytetään luomaan magneettikenttä ilmaan (tai täytettynä toisella väliaineella), tässä tapauksessa B d < Br , eron suuruus riippuu magneetin muodosta ja väliaineen ominaisuuksista.
Kaaviomainen esitys erimuotoisten magneettien magneettikenttäviivoista:
sylinterimäinen tai suorakaiteen muotoinen magneetti
hevosenkengän magneetti
rengasmagneetti
levyn muotoinen magneetti
Kaavamainen esitys magneettikenttäviivoista kahden magneetin vuorovaikutuksen aikana, riippuen niiden napojen sijainnista (samat navat hylkivät, erilaiset vetävät puoleensa):
Kestomagneettien valmistukseen käytetään yleisesti seuraavia materiaaleja: [1]
Saatu puristamalla ja (tai) sintraamalla rautaoksidien jauhe muiden metallien oksidien kanssa ja on keraaminen .
barium ja strontium kovat magneettiset ferriititNiiden koostumus on Ba / SrO 6 Fe 2 O 3 , ja niille on ominaista korkea demagnetoinnin kestävyys yhdistettynä hyvään korroosionkestävyyteen. Huolimatta alhaisista magneettisista parametreista ja korkeasta hauraudesta muihin luokkiin verrattuna alhaisten kustannustensa vuoksi kovat magneettiset ferriitit ovat laajimmin käytettyjä teollisuudessa.
neodyymimagneetit NdFeB ( neodyymi - rauta - boori )Harvinaisten maametallien magneetit, jotka on valmistettu puristamalla tai valamalla intermetalliseoksesta Nd 2 Fe 14 B. Neodyymimagneettien etuja ovat korkeat magneettiset ominaisuudet ( Br , H c ja (BH) max ) sekä alhaiset kustannukset. Huonosta korroosionkestävyydestä johtuen ne on yleensä päällystetty kuparilla, nikkelillä tai sinkillä.
Samarium magneetit SmCo ( samarium - koboltti )Ne valmistetaan jauhemetallurgialla SmCo 5 / Sm 2 Co 17 -komposiittiseoksesta, ja niille on tunnusomaista korkeat magneettiset ominaisuudet, erinomainen korroosionkestävyys ja hyvä parametrien stabiilisuus jopa 350 °C:n lämpötiloissa, mikä antaa niille etuja NdFeB-magneetteihin verrattuna korkeissa lämpötiloissa. . Magneettisen komponentin mukaan se on tehokkaampi kuin ferriitti, mutta heikompi kuin neodyymimagneetit. Joidenkin samariummagneettien tuotemerkkien koostumus voi sisältää pääelementtien - samariumin ja koboltin - lisäksi muita lisäaineita: rautaa , kuparia , erbiumia , gadoliinia , zirkoniumia , seriumsekoitetta .
Eroaa mekaanisessa lujuudessa. Tuotemerkistä ja valmistustekniikasta riippuen niillä voi olla pylväsmäinen, tasaakselinen ja yksikiderakenne.
Alnico metalliseosmagneetit ( venäläinen nimi YUNDK)Kehitetty 1930-luvulla. Ne on valmistettu Al-Ni-Co-Fe-seoksesta. Niiden etuja ovat korkea lämpötilan kestävyys lämpötila-alueella 550 °C asti, parametrien korkea ajallinen stabiilisuus yhdistettynä suureen pakkovoimaan, hyvä korroosionkestävyys . Tärkeä valinta heidän valintansa puolesta voi olla Sm-Co-magneetteihin verrattuna huomattavasti alhaisemmat kustannukset.
alni metalliseos magneetit FeCoCr-seosmagneetit jalometalliseosmagneetit _Koboltti -platina-, rauta-platina-, rauta- palladium - lejeeringeillä on korkeat magneettiset ominaisuudet ja kyky muotoutua [2] .
Ne on valmistettu magneettijauheen ja sideainepolymeerikomponentin (esimerkiksi kumi , vinyyli ) seoksesta. Magnetoplastien etuna on mahdollisuus saada monimutkaisia muotoja tuotteita korkealla mittatarkkuudella, alhaisella hauraudella ja korkealla korroosionkestävyydellä yhdistettynä korkeaan ominaisvastuskykyyn ja keveyteen.
Tavallisissa lämpötiloissa käytettäviksi vahvimmat kestomagneetit on valmistettu neodyymipitoisista seoksista . Niitä käytetään esimerkiksi magneettikuvauksessa , kiintolevyn servoasemissa ja korkealaatuisten kaiuttimien luomisessa sekä lentokoneiden moottoreiden ajo-osassa.
Kestomagneetteja käytetään laajalti magnetoelektrisen järjestelmän sähköisissä mittauslaitteissa.
Fysiikkatunnilla kestomagneetit esitetään yleensä hevosenkenkänä , jonka navat on väritetty siniseksi ja punaiseksi.
Erillisiä palloja ja sylintereitä, joilla on vahvat magneettiset ominaisuudet, käytetään korkean teknologian koruina / leluina - ne kootaan ketjuiksi ilman ylimääräisiä kiinnikkeitä, joita voidaan käyttää rannekoruna. Myynnissä on myös suunnittelijoita, jotka koostuvat joukosta sylinterimäisiä magneettitikkuja ja teräspalloja. Niistä voidaan koota monia rakenteita, pääasiassa maatilatyyppisiä .
Lisäksi on olemassa joustavia litteitä polymeeripohjaisia magneetteja magneettisilla lisäaineilla, joita käytetään esimerkiksi koristeellisten jääkaappimagneettien valmistukseen , koristeluun ja muihin töihin. Ne valmistetaan nauhoina ja levyinä, joissa on yleensä liimakerros ja sitä suojaava kalvo. Tällaisen litteän magneetin magneettikenttä on raidallinen - noin kahden millimetrin askeleella pohjois- ja etelänavat vuorottelevat koko pinnalla. Polymeerimagneettinauha sijaitsee myös kotitalousjääkaappien kumitiivisteen sisällä, mikä tiivistää ja pitää ovet samalla tasaisesti kiinni [3] .